【摘 要】
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天然结构性软土往往呈现出高含水率、大孔隙比、低强度、高压缩性和结构性等特征,这类土体可压缩性强并且固结过程缓慢,致使建筑物地基不稳定及工后沉降等问题显著。鉴于天然结构性软土的原状试样不易制取,因此在室内人工制备与天然结构性软土力学特性相似的结构性软土,无疑对其单元及模型化研究均具有重大意义。本文拟针对液塑限可控的室内人工制备高液限大孔隙结构性软土(具有一定初始孔隙比和胶结强度)进行一维固结、三轴压
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:结构性软土率相关解构规律及流变本构模型研究(51308485); 湖南省教育厅优秀青年项目:非饱和压实土率敏性及弹粘塑性本构模型研究(17B260); 湖南省重点实验室开放基金:基于土体率敏性的流变本构模型理论及应用(E21808);
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天然结构性软土往往呈现出高含水率、大孔隙比、低强度、高压缩性和结构性等特征,这类土体可压缩性强并且固结过程缓慢,致使建筑物地基不稳定及工后沉降等问题显著。鉴于天然结构性软土的原状试样不易制取,因此在室内人工制备与天然结构性软土力学特性相似的结构性软土,无疑对其单元及模型化研究均具有重大意义。本文拟针对液塑限可控的室内人工制备高液限大孔隙结构性软土(具有一定初始孔隙比和胶结强度)进行一维固结、三轴压缩和拉伸试验,验证室内制备高液限大孔隙结构性软土的可行性,并研究高液限大孔隙结构性软土的压缩变形特征和物理力学性质。本论文主要开展的工作如下:(1)采用原料土(淤泥土)、硅藻土、高岭土、钙基膨润土、水泥和尿素为制备材料,以日本大阪湾海相天然软土为主要参考目标,给出了人工制备结构性软土的最优配比方案。通过液塑限联合测定和五组配方对比,确定最优配比含量为原料土35%、钙基膨润土5%、高岭土20%、硅藻土25%、尿素10%和水泥5%。(2)通过一维压缩、三轴压缩和三轴拉伸等试验测试了人工制备结构性软土的强度和变形等物理力学指标,试样的孔隙比e为1.7,液、塑限为Lw=75.9%和Pw=31.7%;三轴压缩和拉伸强度的M值分别为1.34和0.87;压缩指数?与回弹指数?分别为0.672和0.092。人工制备结构性软土的孔隙比、液塑限、强度指标以及变形指标均与目标天然软土接近,验证了该制备方法的可控性和稳定性。(3)通过不同配比试验,研究了影响土体液限的因素及与土体强度的关系,得出不同配比混合土的液限差值可达43%,其中硅藻土、高岭土和钙基膨润土对混合土的液限影响最大,三者含量与混合土的液限呈正相关性。并且不同液限条件下的结构性软土强度指标不同,低液限土样A-1和高液限土样A-4对应的峰值强度分别为148.78k Pa和92.98k Pa。(4)结合实际工程案例,在恒定应变(加载)速率下对人工制备的高液限大孔隙结构性软土试样开展三轴试验,包括不同固结围压50k Pa、100k Pa和200k Pa下的常规三轴压缩(CTC)和拉伸(CTE)试验,减压三轴压缩(RTC)和拉伸(RTE)试验及等p三轴压缩(PTC)和拉伸(PTE)试验。通过分析压缩试验的M值在1.2-1.34之间,拉伸试验的M值在0.87-0.97之间。(5)应用上负荷面剑桥模型对复杂应力路径下的三轴压缩和拉伸试验模拟,得到数值模拟曲线与实际试验曲线基本吻合,通过室内试验标定的土体模型指标参数可应用于单元试验和边值问题模拟。
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